大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)-第10章

本章概要1.

程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言概述：程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的分類及常見語(yǔ)言2.

程序：程序的類型及程序的執(zhí)行方式。3.

軟件工程：目前軟件開發(fā)和維護(hù)的方法。4.

軟件生命周期：軟件開發(fā)的具體步驟。1程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言概述機(jī)器語(yǔ)言是計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)能唯一識(shí)別并執(zhí)行的語(yǔ)言，基本要素是計(jì)算機(jī)指令。計(jì)算機(jī)指令是硬件唯一能識(shí)別的、實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)基本功能的二進(jìn)制編碼，是指揮計(jì)算機(jī)工作的基本命令。

2程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言概述計(jì)算機(jī)指令的格式操作碼用于指明操作（功能），不同指令具有不同的操作碼。

操作碼操作數(shù)操作數(shù)可能是數(shù)據(jù)（稱為立即數(shù)）、存放操作數(shù)的內(nèi)存單元地址或寄存器地址，也可能有多個(gè)操作數(shù)。

例計(jì)算8+7的機(jī)器語(yǔ)言程序示例：101110000000100000000000

；將8存入累加器AX中000001010000011100000000

；

7與累加器AX中的內(nèi)容相加，結(jié)果仍存放在AX中指令系統(tǒng)：一臺(tái)計(jì)算機(jī)中全部指令的集合。從計(jì)算機(jī)組成來看，指令系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能和硬件結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度密切相關(guān)，因此，同類型計(jì)算機(jī)具有相同的指令系統(tǒng)。

3程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言概述匯編語(yǔ)言：指令由英文單詞或縮寫構(gòu)成，用符號(hào)和十進(jìn)制數(shù)代替機(jī)器語(yǔ)言中的二進(jìn)制編碼，便于人們記憶和書寫。

特點(diǎn)：機(jī)器語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言都與計(jì)算機(jī)類型有關(guān)；匯編語(yǔ)言與機(jī)器語(yǔ)言比較，在助記方面有了較大的改善；匯編語(yǔ)言一般用于編制系統(tǒng)軟件和過程控制軟件。例計(jì)算8+7的匯編語(yǔ)言程序示例：MovAX，8

；將8存入累加器AX中AddAX，7

；7與累加器A中的內(nèi)容相加，結(jié)果仍存放在AX中4程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言概述結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言：脫離具體計(jì)算機(jī)硬件結(jié)構(gòu)的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言

。

程序設(shè)計(jì)的核心是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法；通過數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)形式；通過算法研究如何用快捷、高效的方法來組織解決問題的具體過程。

特點(diǎn)：5程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言概述結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的基本特征：

程序內(nèi)部結(jié)構(gòu)化：程序由順序、選擇（分支）和重復(fù)（循環(huán)）3種結(jié)構(gòu)組成。程序模塊化：一個(gè)大程序由若干個(gè)功能獨(dú)立的、相互關(guān)聯(lián)的程序模塊（子程序、函數(shù)等）組成?？梢浦残院茫杭礊橐活愑?jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的程序，經(jīng)少量改動(dòng)后可以在另一類計(jì)算機(jī)上運(yùn)行。

6程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言概述具有代表性的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言：

FORTRAN語(yǔ)言：是FormulaTranslator的縮寫，在工程、數(shù)學(xué)和科學(xué)研究上是使用最廣泛的語(yǔ)言，尤其是在科學(xué)計(jì)算中發(fā)揮著極其重要的作用。

Pascal語(yǔ)言：作為一門實(shí)用程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言和教學(xué)工具，Pascal語(yǔ)言在高校計(jì)算機(jī)軟件教學(xué)中一直處于主導(dǎo)地位。

C語(yǔ)言：適合于系統(tǒng)描述，可以用于編寫系統(tǒng)和應(yīng)用軟件。7程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言概述面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言：類：是具有相同特征對(duì)象的抽象，是創(chuàng)建對(duì)象的模板。

對(duì)象：是程序中最基本的運(yùn)行實(shí)體，一個(gè)程序由若干個(gè)對(duì)象組成，各個(gè)對(duì)象既相互獨(dú)立，又通過消息相互聯(lián)系。

8程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言概述可視化程序設(shè)計(jì)事件：是對(duì)象響應(yīng)某種操作時(shí)的一種反映機(jī)制，是響應(yīng)某種操作的程序代碼入口。

屬性：用于描述對(duì)象的特征。

方法：對(duì)象的方法實(shí)質(zhì)是一種子程序，調(diào)用時(shí)依附于對(duì)象，運(yùn)行時(shí)執(zhí)行相關(guān)的操作，也稱之為對(duì)象函數(shù)。

9程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言概述具有代表性的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言：

C++語(yǔ)言：在C語(yǔ)言基礎(chǔ)上增加了面向?qū)ο蟮闹С?，基本兼容C語(yǔ)言程序。其特點(diǎn)是既支持結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法，又支持面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)方法，因此，也稱之為混合型語(yǔ)言。

Delphi語(yǔ)言：是在Pascal基礎(chǔ)上開發(fā)出來的可視化程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，是真正的面向?qū)ο缶幊陶Z(yǔ)言，執(zhí)行效率高，具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫(kù)管理功能，是開發(fā)中小型數(shù)據(jù)庫(kù)軟件的理想編程工具。

Java語(yǔ)言：Java也是一種跨平臺(tái)的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，適合開發(fā)基于網(wǎng)絡(luò)、多媒體、與平臺(tái)無關(guān)的應(yīng)用程序，應(yīng)用程序可以在網(wǎng)絡(luò)上傳輸，并可以運(yùn)行在任何計(jì)算機(jī)上。10程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言概述網(wǎng)頁(yè)設(shè)計(jì)語(yǔ)言：標(biāo)記語(yǔ)言主要用于設(shè)計(jì)靜態(tài)網(wǎng)頁(yè)，利用標(biāo)記標(biāo)注信息的類型和位置。

腳本語(yǔ)言是介于HTML和編程語(yǔ)言之間的一種語(yǔ)言，主要用于設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)。

11程

序任何以計(jì)算機(jī)為處理工具的任務(wù)都是對(duì)處理對(duì)象和規(guī)則的完整描述，這種描述稱為程序。要使程序起作用，必須將其裝入到內(nèi)存中執(zhí)行，程序的實(shí)際工作過程稱為執(zhí)行或運(yùn)行。

12程

序Windows操作系統(tǒng)中運(yùn)行應(yīng)用程序的方法：開始按鈕→程序，選擇應(yīng)用程序單擊；雙擊桌面上的應(yīng)用程序圖標(biāo)；雙擊打開文件夾中應(yīng)用程序圖標(biāo)；雙擊快捷方式圖標(biāo)；單擊開始按鈕→運(yùn)行，輸入應(yīng)用程序的路徑及文件名稱→確定按鈕。13用程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言（匯編或高級(jí)語(yǔ)言）編寫程序時(shí)，都是用符號(hào)代碼（指令、語(yǔ)句或命令）或?qū)ο螅ㄈ绱翱?、菜單）進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。通常，將設(shè)計(jì)的內(nèi)容稱為源程序，將保存這些內(nèi)容的文件稱為源程序文件。

程序及其類型根據(jù)程序所處軟件的開發(fā)階段或運(yùn)行方式的不同，程序主要有源程序、可執(zhí)行程序和動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)3種類型?？蓤?zhí)行程序是由源程序翻譯（編譯）生成的、真實(shí)的機(jī)器語(yǔ)言程序。在Windows中，最常用的可執(zhí)行程序文件擴(kuò)展名為EXE和COM。

動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)是由源程序生成的機(jī)器語(yǔ)言程序的另一種形式，主要作為可執(zhí)行程序的輔助文件，不能獨(dú)立運(yùn)行。14程序及其類型源程序的翻譯方式：編譯方式：通過程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言提供的編譯或生成工具，系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)整個(gè)源程序逐句進(jìn)行詞法分析、語(yǔ)法分析和機(jī)器語(yǔ)言指令翻譯。

解釋方式：在程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言環(huán)境中直接運(yùn)行源程序，在執(zhí)行每條語(yǔ)句前，系統(tǒng)先分析語(yǔ)句的詞法和語(yǔ)法，若語(yǔ)句正確，則生成并執(zhí)行機(jī)器語(yǔ)言指令，直到程序運(yùn)行結(jié)束。15軟件工程概述軟件工程是將系統(tǒng)的、規(guī)范的、可度量的方法應(yīng)用于軟件開發(fā)和維護(hù)整體過程的一門科學(xué)，用數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)和管理科學(xué)的原理，借助傳統(tǒng)工程科學(xué)的原則和方法創(chuàng)建與維護(hù)軟件，從而達(dá)到提高軟件質(zhì)量、降低軟件成本的目的。數(shù)學(xué)用于構(gòu)造數(shù)學(xué)模型和算法。計(jì)算機(jī)科學(xué)負(fù)責(zé)軟件實(shí)現(xiàn)和運(yùn)行

。管理科學(xué)用于進(jìn)度、資源、質(zhì)量和經(jīng)費(fèi)管理

。工程科學(xué)用于制定規(guī)范、確定樣例和評(píng)估成本

。16軟件工程概述軟件工程的誕生背景程序設(shè)計(jì)時(shí)代：軟件開發(fā)主要是個(gè)體手工勞動(dòng)，程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言是機(jī)器語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言，這個(gè)階段被稱為程序設(shè)計(jì)時(shí)代。軟件開發(fā)完全依賴程序設(shè)計(jì)者的個(gè)人技能，不重視程序設(shè)計(jì)方法。

程序系統(tǒng)時(shí)代：高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言出現(xiàn)后，提出了結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的方法，并成為軟件開發(fā)的主要工具，稱此階段為程序系統(tǒng)時(shí)代。

17供需矛盾；開發(fā)成本和時(shí)間失控；質(zhì)量難以保障；維護(hù)困難。主要表現(xiàn)

:軟件工程概述軟件危機(jī)是泛指在計(jì)算機(jī)軟件的開發(fā)和維護(hù)過程中所遇到的一系列嚴(yán)重問題。

軟件發(fā)展速度落后于硬件發(fā)展水平，人們對(duì)軟件的需求得不到滿足。管理人員缺少開發(fā)軟件的經(jīng)驗(yàn)，需求描述不準(zhǔn)確，而開發(fā)人員又缺少管理經(jīng)驗(yàn)，二者之間缺乏交流工具，過分依賴開發(fā)人員在軟件開發(fā)過程中的技巧和創(chuàng)造力，因此，很難開發(fā)出高質(zhì)量的實(shí)用軟件。由于缺乏軟件開發(fā)規(guī)范和技術(shù)文檔，人們很難閱讀和修改其他人開發(fā)的軟件，使軟件維護(hù)、移植和升級(jí)困難，導(dǎo)致軟件重復(fù)開發(fā)問題嚴(yán)重，軟件復(fù)用性降低。

18軟件工程主要包括軟件開發(fā)技術(shù)和軟件工程管理。

軟件工程的內(nèi)容軟件開發(fā)技術(shù)根據(jù)軟件的類型，制定軟件的開發(fā)策略、原則、步驟和相關(guān)文檔資料，將軟件開發(fā)納入規(guī)范化和工程化管理。軟件工程是一門交叉科學(xué)，包含方法、工具和過程3個(gè)要素。方法是完成軟件項(xiàng)目的技術(shù)手段，它支持項(xiàng)目的計(jì)劃和估算、系統(tǒng)環(huán)境和軟件需求分析、軟件設(shè)計(jì)、編碼、測(cè)試和維護(hù)。

除了程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言（如C、VB等）和數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（Access、VFP和SQLServer等）外，還應(yīng)該包括軟件輔助設(shè)計(jì)工具，協(xié)助管理項(xiàng)目和生成相關(guān)的文檔。

過程用于控制和管理軟件開發(fā)和維護(hù)的各個(gè)重要環(huán)節(jié)。

軟件工程管理按工程化思想管理軟件生產(chǎn)過程的各個(gè)重要環(huán)節(jié)，按計(jì)劃、進(jìn)度和預(yù)算實(shí)施軟件開發(fā)和維護(hù)，以達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。

19軟件工程的基本目標(biāo)軟件工程的基本目標(biāo)是付出較低的開發(fā)成本，達(dá)到要求的軟件功能；按時(shí)完成開發(fā)任務(wù)，及時(shí)交付使用；開發(fā)出來的軟件具有良好的穩(wěn)定性、可靠性、適應(yīng)性和可操作性，易于移植和維護(hù)。

20軟件工程的原則在軟件開發(fā)過程中，必須遵循抽象性、信息隱藏性、模塊化、局部化、一致性、完整性和可驗(yàn)證性等原則。抽取事物最基本的特性和行為，忽略某些無關(guān)緊要的細(xì)節(jié)。

模塊化是程序中邏輯上相對(duì)獨(dú)立的成分，是功能相對(duì)獨(dú)立的程序單位(VB語(yǔ)言中的子程序、窗體等)，具有良好的接口定義(如子程序的形式參數(shù)、對(duì)象的事件等)。隱藏信息模塊的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)（如子程序?qū)崿F(xiàn)代碼、對(duì)象的構(gòu)造代碼等），通過模塊接口實(shí)現(xiàn)操作，將注意力集中在更高層次的對(duì)象上。一個(gè)模塊的功能盡量獨(dú)立和完整，不受其他模塊運(yùn)行（如改變同名變量的值）的干擾，在模塊內(nèi)部有較強(qiáng)的內(nèi)聚力，其他模塊只能通過接口與之建立聯(lián)系，以便降低求解問題的復(fù)雜性。在一個(gè)軟件系統(tǒng)的各個(gè)模塊中，使用規(guī)范、統(tǒng)一的符號(hào)和術(shù)語(yǔ)；軟件與硬件接口一致；模塊內(nèi)外接口一致；系統(tǒng)規(guī)格說明書與軟件系統(tǒng)的行為一致等。

軟件系統(tǒng)不丟失任何重要成分，完全實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)所需要的功能。

開發(fā)大型軟件系統(tǒng)需要逐步分解，系統(tǒng)分解應(yīng)遵循系統(tǒng)容易檢查、測(cè)試和評(píng)審的原則，以保證系統(tǒng)的可驗(yàn)證性。

21軟件生命周期軟件產(chǎn)品從形成概念開始，經(jīng)過開發(fā)、使用和維護(hù)，直到最后退役的全過程稱為軟件的生命周期。

在“計(jì)算機(jī)軟件開發(fā)規(guī)范”的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中，將軟件生存周期劃分為可行性研究（計(jì)劃）、需求分析、概要設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、代碼實(shí)現(xiàn)、軟件測(cè)試、使用與維護(hù)7個(gè)階段，在每個(gè)階段中都明確規(guī)定了任務(wù)、實(shí)施方法、步驟和完成標(biāo)志等，并要求產(chǎn)生相關(guān)的文檔。22軟件定義階段1.可行性研究：也稱軟件計(jì)劃或策劃階段

。此階段主要對(duì)待開發(fā)系統(tǒng)涉及到的經(jīng)費(fèi)、軟/硬件技術(shù)、效益和法律等方面的問題進(jìn)行可行性論證，制定系統(tǒng)開發(fā)任務(wù)的實(shí)施計(jì)劃。

2.需求分析：需求是用戶對(duì)目標(biāo)軟件系統(tǒng)在功能、行為、性能和約束等方面的要求或期望。需求分析是對(duì)應(yīng)用問題及其環(huán)境的理解與分析，為應(yīng)用問題涉及的事物、功能及系統(tǒng)行為建立模型，將需求精確化和完整化，最終形成需求規(guī)格說明書。

23軟件定義階段需求分析的主要工作：獲取資料

資料分析

形成需求規(guī)格說明書

需求評(píng)審

系統(tǒng)分析員與用戶進(jìn)行業(yè)務(wù)交流和探討，不斷收集、積累相關(guān)的業(yè)務(wù)資料（文件或表格等），加深理解需求，澄清模糊的概念，對(duì)有爭(zhēng)議的業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)達(dá)成共識(shí)等。

系統(tǒng)分析員對(duì)收集的資料進(jìn)行綜合分析和總結(jié)，確認(rèn)業(yè)務(wù)范圍和處理細(xì)節(jié)，規(guī)劃業(yè)務(wù)流程，排除不合理的需求，確定應(yīng)用問題的解決方案、目標(biāo)系統(tǒng)的功能模塊以及數(shù)據(jù)模型（如E–R圖形），建立各功能模塊之間的關(guān)聯(lián)等。

需求分析的成果是需求規(guī)格說明書，通常包括數(shù)據(jù)描述、功能描述和性能描述等信息。它是用戶、系統(tǒng)分析員和軟件開發(fā)人員進(jìn)行交流的共識(shí)資料，是待開發(fā)軟件系統(tǒng)的預(yù)期目標(biāo)，同時(shí)作為控制軟件的開發(fā)過程，系統(tǒng)功能測(cè)試、評(píng)估和驗(yàn)收的依據(jù)。

對(duì)需求規(guī)格說明書進(jìn)行審核，驗(yàn)證文檔的一致性、完整性、正確性、可行性和有效性。

24軟件開發(fā)階段3.概要設(shè)計(jì)：也稱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)或總體設(shè)計(jì)，根據(jù)需求確定軟件和數(shù)據(jù)的總體框架。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：也稱數(shù)據(jù)對(duì)象設(shè)計(jì)，主要任務(wù)是依據(jù)需求分析的數(shù)據(jù)模型，結(jié)合程序中涉及的算法，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)文件的邏輯結(jié)構(gòu)。軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：按自頂向下、逐步求精和模塊化的設(shè)計(jì)原則，將一個(gè)軟件分解和規(guī)劃成若干個(gè)模塊，確定各模塊之間的關(guān)聯(lián)信息。

概要文檔：概要設(shè)計(jì)說明書、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)說明書和軟件集成調(diào)試計(jì)劃等。

25軟件開發(fā)階段4.詳細(xì)設(shè)計(jì)：主要任務(wù)是設(shè)計(jì)軟件功能結(jié)構(gòu)圖中每個(gè)最低層模塊的局部算法（如數(shù)據(jù)排序、查找、統(tǒng)計(jì)等算法）和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（如需要的變量、數(shù)組等），確定每個(gè)模塊調(diào)用和數(shù)據(jù)傳輸接口（如參數(shù)、函數(shù)返回值、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的文件或表名等）。描述算法的常用工具有偽代碼（ProcedureDesignLanguage，PDL）、程序流程圖和N–S圖等，設(shè)計(jì)成果是詳細(xì)設(shè)計(jì)說明書。26軟件開發(fā)階段5.編碼實(shí)現(xiàn)：需要選擇一種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，進(jìn)入程序設(shè)計(jì)階段。通常利用菜單或窗口結(jié)合工具欄設(shè)計(jì)軟件功能結(jié)構(gòu)圖的總體框架，依據(jù)詳細(xì)設(shè)計(jì)中的算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)每個(gè)功能模塊的程序代碼，設(shè)計(jì)成果是源程序。27軟件開發(fā)階段6.軟件測(cè)試：是對(duì)需求規(guī)格說明書、概要設(shè)計(jì)說明書及程序代碼等內(nèi)容的最后復(fù)審。軟件質(zhì)量保證貫穿于軟件開發(fā)的整個(gè)過程，其中關(guān)鍵步驟是軟件測(cè)試；軟件測(cè)試目的是在軟件產(chǎn)品交付使用之前盡可能發(fā)現(xiàn)潛在的錯(cuò)誤；軟件測(cè)試主要檢測(cè)和更正語(yǔ)義和功能錯(cuò)誤

。28軟件開發(fā)階段軟件測(cè)試的方法：靜態(tài)測(cè)試：不需要運(yùn)行軟件，由人工直接進(jìn)行閱讀和檢查源程序，包括代碼檢查、靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析和代碼質(zhì)量度量等。動(dòng)態(tài)測(cè)試：是基于計(jì)算機(jī)的測(cè)試，通過運(yùn)行軟件發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤。這種方法需要測(cè)試人員根據(jù)軟件開發(fā)規(guī)格說明和程序內(nèi)部結(jié)構(gòu)精心地設(shè)計(jì)測(cè)試用例，通過輸入數(shù)據(jù)和預(yù)期的輸出結(jié)果發(fā)現(xiàn)軟件中的錯(cuò)誤。為測(cè)試軟件而設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)稱為測(cè)試用例。設(shè)計(jì)測(cè)試用例時(shí)，要根據(jù)程序的具體功能或運(yùn)算，綜合考慮各種可能情況，構(gòu)造具有代表性的數(shù)據(jù)。

29軟件開發(fā)階段動(dòng)態(tài)測(cè)試的方法：白盒測(cè)試：也稱結(jié)構(gòu)測(cè)試或邏輯驅(qū)動(dòng)測(cè)試。需要測(cè)試人員先閱讀和分析源程序的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，根據(jù)程序可能執(zhí)行的路徑（分支或循環(huán)）設(shè)計(jì)測(cè)試用例，確保每個(gè)分支、每個(gè)循環(huán)體和循環(huán)邊界條件至少執(zhí)行一次，然后，通過測(cè)試用例運(yùn)行軟件，驗(yàn)證軟件結(jié)構(gòu)的正